Praca wrocławskich inżynierów to część projektu „Laser metal wire deposition in absence of gravity (Lamda-g)”, realizowanego w ramach konkursu Europejskiej Agencji Kosmicznej – poinformował we wtorek PAP Michał Ciepielski z biura prasowego Politechniki Wrocławskiej.

Kierujący pracami wrocławskich naukowców dr inż. Paweł Widomski z Katedry Obróbki Plastycznej, Spawalnictwa i Metrologii Politechniki Wrocławskiej podkreślił, że projekt zakłada wykorzystanie w druku 3D z metalu innej niż dotychczas technologii, opartej na laserowym topieniu litego drutu (ang. Laser Metal Wire Deposition).

– Przez wiele lat druk 3D z metalu kojarzył się głównie z technologiami proszkowymi, które choć precyzyjne, mają istotne ograniczenia. Proszek metaliczny jest nie tylko kosztowny, ale jego użycie wymaga szczelnie zamkniętych komór, co znacząco ogranicza rozmiar projektowanych elementów – powiedział dr Widomski podkreślając, że używanie proszków metali w stanie nieważkości stwarza dodatkowo duże problemy techniczne.

Naukowiec zwrócił uwagę, że zastosowanie w technologii druku 3D z metalu drutu litego zwiększa wydajność procesu. Pozwala osiągnąć kilkukrotnie większe przyrosty drukowanego materiału w ciągu określonego czasu niż zastosowanie technologii proszkowej.

Spośród metod wykorzystywanych do topienia metalu wrocławski zespół zdecydował się na laser i zastosowanie głowic typu coaxial (z układem wielu laserów o niskiej mocy). Ta technologia ma zapewniać stabilność w procesie nadbudowywania kolejnych warstw, szczególnie przy braku grawitacji.

Dr Widomski wskazał, że w stanie nieważkości fizyka procesu druku 3D z metalu różni się znacząco od procesów wykonywanych w warunkach ziemskich. - Bez grawitacji zmienia się sposób osadzania, ponieważ kropla może nam „uciekać”, o ile nie będzie wystarczającej lepkości. Inaczej przebiegać będzie chłodzenie materiału i jego krystalizacja, co może prowadzić do powstawania naprężeń, pęknięć lub błędów w strukturze metalu. Musimy więc przewidzieć, jak zachowa się ciekły metal, by uniknąć sytuacji, w której energia będzie zbyt niska, by stopić drut, lub zbyt wysoka, co prowadzi do jego rozpływania i zniekształcenia wyrobu – mówił naukowiec.

Wyzwaniem jest też miniaturyzacja urządzenia służącego do takiego druku, które nie powinno być większe niż kuchenka mikrofalowa. - Na stacjach kosmicznych, takich jak ISS, ograniczone są możliwości korzystania z energii elektrycznej. To dlatego całe urządzenie musi pracować przy mocy około 1 kilowata, co można porównać do zużycia prądu przez niewielki czajnik elektryczny. W tym limicie musi się zmieścić praca lasera topiącego metal, systemy chłodzenia, komputery sterujące oraz mechanizmy pozycjonujące – dodał dr Widomski.

Urządzenie ma służyć m.in. do wytwarzania części zamiennych na orbicie, co pomoże w znaczący sposób usprawnić funkcjonowanie stacji kosmicznych.

Projekt Lamda-g realizuje konsorcjum, w skład którego wchodzą Uniwersytet w Manchesterze (lider, Wielka Brytania), Uniwersytet w Cranfield (Wielka Brytania), Uniwersytet w Dublinie (Irlandia), Instytut Fizyki Materiałów w Kosmosie w Kolonii (Niemcy) oraz Politechnika Wrocławska. Wrocławscy naukowcy będą zaangażowani w opracowanie systemu druku 3D, analizę mikrostruktury i właściwości wydruków oraz dobór parametrów, które zagwarantują najwyższą jakość i bezpieczeństwo druku w kosmosie.

Urządzenie, które powstanie, ma być testowane podczas lotów parabolicznych w rakietach suborbitalnych typu Maxus, które są wykorzystywane w programie badań mikrograwitacyjnych.

Zakończenie projektu Lamda-g planowane jest w 2029 r.(PAP)

pdo/ bar/